JP2005284930A - 電池レス配線レス火災検出器 - Google Patents

Abstract

【課題】寿命が短く交換を要する電池の使用を廃し、配線工事も不要な電池レス配線レス火災検出器を提供する。
【解決手段】電池レス配線レス火災検出器は、火災に伴う熱エネルギーが加わると振動部材が励振される励振手段と、励振された振動部材の機械エネルギーを電気エネルギーに変換する発電手段と、発電された電荷に基づき火災が起こったことを通報する通報手段と、を有する。そして、励振手段は、火災に伴う熱エネルギーにより形状が変化する形状可変部材と、形状可変部材の形状変化により定常位置から火災位置に移動される可動部材と、移動される可動部材により振動が励振される振動部材と、を有している。
【選択図】図１

Description

この発明は、火災を検知して発報する電池レス配線レス火災検出器に関する。

従来の配線レス火災検知システムは、火災検出器とそれに接続された端末装置とを有している。定常監視状態にあっては、端末装置に備えられた電池からなる電源部から火災検出器だけに電源供給されている。そして、火災検出器が火災を検出して火災信号を出力すると制御部、信号処理部および無線送受信部に電源供給が行われて、火災受信機に関連データを送信している（例えば、特許文献１参照。）。

実開平２−７７７９７号公報

しかし、従来配線レス火災検知システムにおいて、外部から電源を供給せずに電池から電源供給しており、電池に寿命があるため定期的に電池の交換を行わなければならないので、交換時期などのデータを管理する必要があるとともに電池の交換作業が頻繁に必要になるという問題がある。

この発明の目的は、寿命が短く交換を要する電池の使用を廃し、配線工事も不要な電池レス配線レス火災検出器を提供することである。

この発明の火災検出器は、火災に伴う熱エネルギーにより機械的振動を作動する作動手段と、機械的振動を電気エネルギーに変換する発電手段と、電気エネルギーが入力されたとき火災の発生を報知する火災発生報知手段とを有する。

この発明に係わる火災検出器の効果は、電池が備えられていなくても、熱エネルギーを電気エネルギーに変換し、その電気エネルギーを利用して火災受信機に火災発生に係わる信号を送ることができるので、電池の交換などの必要がなく、管理を簡素化することができる。また、給電のための配線が必要なく、設置工事が簡単になる。

実施の形態１．
この発明の実施の形態１に係わる電池レス配線レス火災検出器（以下、火災検出器と称す。）は、火災に伴う熱エネルギーが加わると振動部材が励振される励振手段、励振手段の励振された振動部材の機械エネルギーを電気エネルギーに変換する発電手段および発電された電荷に基づき火災の発生を通報する通報手段から構成されている。
そして、励振手段は、火災に伴う熱エネルギーにより形状が変化する形状可変部材、形状可変部材の形状変化により定常位置から火災位置に移動される可動部材、移動される可動部材により振動が励振される振動部材を有している。
実施の形態１の火災検出器において、より具体的な励振手段は、熱エネルギーとしての熱風が吹きかけられることにより凸方向が反転する形状可変部材としてのバイメタルバネ７、その反転したバイメタルバネ７の凸部により押圧されて定常位置から火災位置に移動する可動部材としてのロッド８、移動するロッド８を係合する引掛けバネ１３により振動端１１ｂが撓まされて機械振動する振動部材としての板バネ１１からなる。
また、発電手段は、板バネ１１に固着され、板バネ１１の機械振動により伸縮され、その伸縮により電荷が誘起される圧電素子１２からなる。
また、通報手段は、圧電素子１２で誘起された電荷が供給されることにより火災受信機に無線による通報を行う送信ユニット１５と、警報音を鳴らす共鳴箱１６とからなる。

次に、図１を参照して実施の形態１の火災検出器を詳しく説明する。図１は、この発明の実施の形態１に係わる火災検出器の断面図である。
火災検出器は、円筒状の筐体１に収納され、天井２などに取り付けられている。筐体１の天井２側の端面を取付面３と称し、取付面３の反対の端面を検知面４と称す。

火災検出器は、筐体１の中心軸５上の検知面４に設けられた窓６を覆うように筐体１に支持されたバネ性のバイメタルバネ７、筐体１の中心軸５上に中心軸方向に移動可能に支持されたロッド８、ロッド８を検知面４方向に押圧し、ロッド８とバイメタルバネ７とが定常時所望の間隙で離間するようにロッド８を支持するコイルバネ９を有している。
バイメタルバネ７は、円盤形状で、定常時、中心がロッド８に対して反対側に凸状に突き出ている。火災時、中心がロッド８側に凸状に突き出る。このように定常時と火災時において、凸状に突き出る方向が反転する。これは、２枚の熱膨張率の異なる合金がクラッドされた板を用いているからである。熱膨張率の大きい合金として、例えばニッケルークロムー鉄合金を、熱膨張率の小さい合金として、例えばニッケルー鉄合金が用いられている。定常時の凸側に熱膨張率の小さな合金がクラッドされている。

さらに、火災検出器は、筐体１の取付部１０に支持端１１ａが支持され、筐体１の中心軸５と平行に縦立する板バネ１１、板バネ１１に貼付された圧電素子１２、板ばね１１の支持端１１ａの反対の振動端１１ｂに一端が固定され、他端が支持端１１ａ方向に伸び、ロッド８の側面に近接する引掛けバネ１３を有している。
圧電素子１２は、チタンージルコニウムー鉛酸化物からなり、図示しない片面に電極が形成されている。この電極と板バネ１１とにより圧電素子１２の歪に伴って発生する電荷が集電される。

さらに、火災検出器は、配線１４を介して圧電素子１２において発電された電荷が供給される送信ユニット１５、板バネ１１が取り付けられた取付部１０内に空洞として設けられた共鳴箱１６を有する。
図２に示すように、送信ユニット１５は、圧電素子１２により電荷が発生されたとき、火災発生と判断して火災信号を火災受信機に送信する。送信ユニット１５は、電源電圧が２．７〜６Ｖ、動作電流が８ｍＡ（電源電圧が５Ｖのとき）である。送信周波数は３１５ＭＨｚの特定小電力で、送信電力は４０ｍＷである。送信ユニット１５から送信される通信フレームは、各火災検出器に割り当てられた５桁の識別番号（ＩＤ）と火災ＯＮ信号とにより構成されている。送信ユニット１５は、電荷が供給されると所望の電圧に変換する電源部２１、特定小電力で通信フレームを送信する無線送信部２２、送信ユニット１５を制御する制御部２３を有している。
一方、図３に示すように、火災受信機２５には、送信ユニット１５からの信号を受信する受信ユニット２６を有し、受信ユニット２６において火災検出器からの通報が確かであると判断したとき火災受信機２５にそのデータを送信する。

また、ロッド８は、支持軸１７の外側面に案内されて直線移動する。そのロッド８は、コイルバネ９により押圧された定常位置と、バイメタルバネ７により押圧されてコイルバネ９を圧縮する火災位置との間を移動する。定常位置に向かう移動を前進、火災位置に向かう移動を後退と称す。ロッド８の後退方向の先端にフック１８が設けられている。
そのフック１８は、中心軸５を中心とした円盤であり、その外周のロッド８の移動方向への投影が引掛けバネ１３の引掛部位１９と重畳する位置にある。フック１８が後退すると引掛部位１９と係合し、引掛部位１９を一緒に後退させる。しかし、ある所定量フック１８が後退すると、フック１８と引掛部位１９との係合が外れ、引掛部位１９が前進する。ここで、引掛けバネ１３は板バネ１１側に凸状となって曲がっているので、引掛部位１９がフック１８に係合しながら後退すると、引掛けバネ１３の曲がりが伸ばされるのと同時に、引掛けバネ１３の凸状部分が板バネ１１の側部に圧接して支点となり、板バネ１１をフック１８側にお辞儀せしめるように曲げることになる。

次に、火災が発生したときの火災検出器の動作について図４と図５を参照して説明する。図４は火災発生時、図５は板バネ振動開始時のそれぞれの火災検出器の断面図である。
図４に示すように、火災が発生し、熱風が火災検出器の検知面４に吹きつけられると、バイメタルバネ７が窓６から内部方向（図４の矢印の方向）に凸の方向が反転する。
そして、バイメタルバネ７が反転すると、ロッド８の検知面側の先端が後退方向に押圧される。
さらに、ロッド８が後退方向に移動すると、フック１８が引掛けバネ１３の引掛部位１９を後退方向に押し下げる。
そして、引掛けバネ１３の引掛部位１９が押し下げられることに伴い、板バネ１１の振動端１１ｂがフック１８側にお辞儀するように倒れる。
さらに、図５に示すように、ロッド８が後退方向に移動すると、引掛部位１９とフック１８の係合が外れる。これにより、振動端１１ｂが筐体１の側面側に戻り、その後、板バネ１１は支持端１１ａを支持点として内側と外側との間で撓み振動する（図５の矢印の方向）。この撓み振動は数秒間継続する。

このように板バネ１１が振動すると、圧電素子１２が伸縮させられ、その伸縮に伴い電荷が励起される。同時に、この板バネ１１の振動が共鳴箱１６に伝搬し、共鳴箱１６により警報音が発生される。
板バネ１１は、撓み振動に伴い板バネ１１の厚み方向の中心軸側と反対側で伸びと縮みを交互に繰り返す。そして、圧電素子１２は板バネ１１に貼り付けられているので、板バネ１１の反対側の伸びと縮みと一緒に伸び縮みし、かつ、板バネ１１と同様に交互に反転屈曲を繰り返すので、圧電素子１２の厚み方向の中心軸側と反対側で伸びと縮みを交互に繰り返す。この伸び縮みにより圧電素子１２の両面に電荷が励起される。
この電荷が送信ユニット１５に伝送される。

電荷が送信ユニット１５に入力されると、電源部２１で所望の電圧、例えば５Ｖに変換する。そして、無線送信部２２、制御部２３の電源電圧が所定の範囲になるので、これらの回路が起動される。
次に、制御部２３は、火災検出器に割り当てられている火災検出器ＩＤと火災発生ＯＮ信号とを無線送信部２２に伝送する。
無線送信部２２は、この火災検出器ＩＤと火災発生ＯＮ信号とを通信フレームに構成し、搬送波を変調し、送信する。なお、この同じ通信フレームを３回送信する。

受信ユニット２６は、無線送信部２２から３回送信された通信フレームを受信し、受信した情報が確かなものか否か判断し、確かなときに火災受信機２５にデータを送る。

このような火災検出器は、熱エネルギーを電気エネルギーに変換し、その電気エネルギーを利用して火災受信機に火災発生に係わる信号を送ることができるので、給電のための配線が必要なく、設置工事が簡単になる。

また、熱エネルギーを電気エネルギーに変換することにより、無線送信が行われるので、特別の感知手段をさらに必要がないので、構造が簡単になる。

また、共鳴箱により警報音が発生することができるので、音で警報を発する際に電源を必要としない。
このようにすると、火災受信機２５に通報して、火災受信機２５により避難目的の警報音を出すだけでなく、出火した火災現場にて避難および消火目的の警報音を出すので、現場近くにいる人に気づかせて初期消火の機会を与える効果がある。
また、何らかの原因で無線通報ができなかった場合でも、現場の警報音が出るので、近くの人に火災発生を気づかせるので火災報知のバックアップ機能があり、より確実に火災報知ができる。

実施の形態２．
図６は、この発明の実施の形態２に係わる火災検出器の断面図である。
実施の形態２の火災検出器は、実施の形態１の火災検出器と励振手段の一部が異なっており、その他は同様であるので、同様な部分の説明は省略する。
実施の形態２の火災検出器の励振手段は、火災に伴う熱エネルギーにより溶融する熱可溶部材、定常時熱可溶部材により定常位置に係止され、火災時熱可溶部材の溶融により火災位置に移動する可動部材としてのロッド４２、移動する可動部材により振動が励振される振動部材としての板バネ１１を有している。熱可溶部材としての半田４１は、ロッド４２の検知面４側の先端を筐体１に固定している。半田４１は、ビスマスー錫ー鉛ーカドミウム合金からなり、溶融温度は６５度である。
さらに、ロッド４２はコイルバネ４３により後退方向に引っ張り力が加わっている。半田４１が溶融することにより、ロッド４２は、係止が外れ、引っ張り力により後退方向に移動する。その後は実施の形態１と同様に引掛けバネ１３の引掛部材１９とフック１８とが係合し、板バネ１１を撓み振動させる。

このような火災検出器は、半田の溶融温度がその組成を調整することにより正確に管理されるので、正確な感知特性を得ることができる。
また、コイルバネによりロッドが引っ張られているので、ロッドが確実に火災位置へ移動され、板バネを確実に振動させることができる。

実施の形態３．
図７は、この発明の実施の形態３に係わる火災検出器の断面図である。
実施の形態３の火災検出器は、実施の形態１の火災検出器と形状可変部材が異なっており、その他は同様であるので、同様な部分は同じ番号を付記して、その説明は省略する。
実施の形態３の火災検出器の形状可変部材は、火災に伴う熱風により記憶されている形状に変形する形状記憶合金ばね４５である。形状記憶合金ばね４５は、ニッケルーチタン合金からできている。
形状記憶合金バネ４５の形状の変化は、実施の形態１のバイメタルバネ７と同様である。

このような火災検出器は、大きな形状変化を示すことのできる形状記憶合金の形状変化により励振手段を動作させるので、大きな機械エネルギーを得ることができ、電荷を充分に発生することができる。

実施の形態４．
図８は、この発明の実施の形態４に係わる火災検出器の断面図である。図９は、図８の断面Ａ−Ａ断面における断面図である。図１０は、図８の断面Ｂ−Ｂ断面における断面図である。
実施の形態４の火災検出器は、実施の形態１の火災検出器と励振手段が異なっており、その他は同様であるので、同様な部分に同じ符号を付記して説明を省略する。
図８〜図１０に示すように、実施の形態４の火災検出器の励振手段は、筐体１の検知面４の窓６を塞ぐように筐体１に片持ち支持されているバイメタルバネ６１、バイメタルバネ６１の筐体１内部側に固定された止板６２、中心軸５上の筐体１の取り付け部１０に固定された回転軸受６３、回転軸受６３に回転支持され中心軸５を中心にして回転される回転ロッド６４、回転ロッド６４を回転させる方向に荷重が加えられるゼンマイ６５、ゼンマイ６５を巻き込んだ状態を保持するゼンマイ保持ボックス６６、回転ロッド６４の側面に固定され、回転ロッド６４の回転に伴い円周運動を行うハンマー６７、ハンマー６７が円周運動するとき、その円周上に位置し、板バネ１１の振動端１１ｂに固定された当部６８を有している。回転ロッド６４の窓６側の先端に中心軸５に直角に突出したヘッド６９が固定され、ヘッド６９と止板６２とが係合して、ゼンマイ６５が回転ロッド６４を回転させようとする力を受けていて、回転ロッド６４の回転が係止されている。
このように実施の形態４の火災検出器の励振手段は、バイメタルバネ６１および止板６２からなる形状可変部材、回転ロッド６４、ゼンマイ６５およびハンマー６７からなる可動部材、板バネ１１およびその振動端１１ａに固着された当部６８からなる振動部材を有している。

次に、この実施の形態４の火災検出器の動作について図１１を参照して説明する。図１１は、火災が発生したときの火災検出器の断面図である。
火災が発生し、熱風がバイメタルバネ６１に吹きかかると、バイメタルバネ６１が窓の外側に撓む。それに伴い、バイメタルバネ６１に固定されている止板６２も外側に移動する。止板６２と回転ロッド６４のヘッド６９との係合が外れて、ゼンマイ６５の力により回転ロッド６４が回転する。それに伴い、ハンマー６７が回転し、ハンマー６７の先端が当部６８に当たり、板バネ１１の振動端１１ｂをハンマー６７の回転方向に押す。これに伴い、板バネ１１が支持端１１ａを支点として振動する。
このように板バネ１１が振動すると、それに張り合わされている圧電素子１２に電荷が発生し、実施の形態１と同様に火災受信機に通報する。
ゼンマイ６５の巻きを戻す速度を適当に調整することにより、板バネ１１の振動が数分に亘って継続または断続することができる。

なお、ゼンマイ６５は、筐体１の取り付け部１０の底から治具を用いて巻き戻すことができる。

このような火災検出器は、ゼンマイ６５により機械エネルギーが蓄えられているので、長時間に亘って通報することができる。

実施の形態５．
図１２は、この発明の実施の形態５に係わる火災検出器の断面図である。
実施の形態５の火災検出器は、実施の形態１の火災検出器と発電手段が異なっており、その他は同様であるので、同様な部分に同じ符号を付記して説明は省略する。
実施の形態５の火災検出器の発電手段は、板バネ１１に固定された圧電素子７１と圧電素子７１内に設けられた通路内を相対的に移動する衝突部材からなるハンマーボール７２とからなる。圧電素子７１は、１対の圧電素子片７３ａ、７３ｂとその間に挟まれ、通路が設けられた保持部材７４からなる。保持部材７４は金属板に通路になる孔が開けられている。圧電素子片７３ａ、７３ｂの保持部材７４に面さない側面にそれぞれ図示しない電極が形成されている。この電極から図示しない配線が送信ユニット１５に接続されている。

次に、実施の形態５の火災検出器の発電について説明する。
実施の形態１に説明したと同様に、火災が発生し、バイメタルバネが反転し、それに伴い板バネ１１が撓み振動すると、圧電素子７１が移動し、ハンマーボール７２が圧電素子片７３ａ、７３ｂのどちらかに衝突する。圧電素子片７３ａ、７３ｂに物体が衝突すると、歪みが発生し、電荷が励起される。振動に伴い、ハンマーボール７２が交互に連続的に衝突するので、一定の周期で電荷が励起される。

このような火災検出器は、２枚の小さな圧電素子とハンマーボールだけを用意すればよいので、安価な発電手段を提供することができる。

実施の形態６．
図１３は、この発明の実施の形態６に係わる火災検出器の断面図である。
実施の形態６の火災検出器は、実施の形態１の火災検出器から発電手段と報知手段のうちの送信ユニットを取り外したものである。

このような火災検出器は、報知手段としての共鳴箱１６だけを設け、警報音だけを鳴らすことができるので、簡便で安価な火災検出器を提供することができる。
なお、上記の実施の形態１乃至６では、共鳴箱を特設した例について説明したが、火災検知器の筐体を共鳴体として設計してもよい。

なお、発電手段として、圧電素子の機械的変形から励起される電荷を利用する例について説明したが、磁歪素子と永久磁石などの機械的変形、またはコイル内を往復運動する永久磁石などを用いても同様に発電することができる。

また、無線通信において特定小電力無線帯３１５ＭＨｚを用いた例に付いて説明したが、混線を防止するためにセキュリティ無線帯４２６ＭＨｚを利用しても同様に報知することができる。

この発明の実施の形態１に係わる火災検出器の断面図である。 この発明の送信ユニットの機能ブロック図である。 この発明において、火災検出器と火災受信機との間で行われる通信の様子を示す図である。 火災が発生した段階における実施の形態１の火災検出器の断面図である。 板バネが振動しているときの実施の形態１の火災検出器の断面図である。 この発明の実施の形態２に係わる火災検出器の断面図である。 この発明の実施の形態３に係わる火災検出器の断面図である。 この発明の実施の形態４に係わる火災検出器の断面図である。 図８のＡ−Ａ断面における火災検出器の断面図である。 図８のＢ−Ｂ断面における火災検出器の断面図である。 火災が発生した段階における実施の形態４の火災検出器の断面図である。 この発明の実施の形態５に係わる火災検出器の断面図である。 この発明の実施の形態６に係わる火災検出器の断面図である。

符号の説明

１ 筐体、２ 天井、３ 取付面、４ 検知面、５ 中心軸、６ 窓、７、６１ バイメタルバネ、８、４２ ロッド、９、４３ コイルバネ、１０ 取付部、１１ 板バネ、１２、７１ 圧電素子、１３ 引掛けバネ、１４ 配線、１５ 送信ユニット、１６ 共鳴箱、１７ 支持軸、１８ フック、１９ 引掛部位、２１ 電源部、２２ 無線送信部、２３ 制御部、２５ 火災受信機、２６ 受信ユニット、４１ 半田、４５ 形状記憶合金バネ、６２ 止板、６３ 回転軸受、６４ 回転ロッド、６５ ゼンマイ、６６ ゼンマイ保持ボックス、６７ ハンマー、６８ 当部、６９ ヘッド、７２ ハンマーボール、７３ａ、７３ｂ 圧電素子片、７４ 保持部材。

Claims (8)

1. 火災に伴う熱エネルギーが加わると振動部材が励振される励振手段と、
   上記励振された振動部材の機械エネルギーを電気エネルギーに変換する発電手段と、
   発電された電荷に基づき火災が起こったことを通報する通報手段と、
   を有することを特徴とする電池レス配線レス火災検出器。
2. 上記励振手段は、
   火災に伴う熱エネルギーにより形状が変化する形状可変部材と、
   上記形状可変部材の形状変化により定常位置から火災位置に移動される可動部材と、
   移動される上記可動部材により振動が励振される上記振動部材と、
   を有していることを特徴とする請求項１に記載する電池レス配線レス火災検出器。
3. 上記形状可変部材は、バイメタルまたは形状記憶合金からなることを特徴とする請求項２に記載する電池レス配線レス火災検出器。
4. 上記励振手段は、
   火災に伴う熱エネルギーにより溶融する熱可溶部材と、
   定常時上記熱可溶部材により定常位置に係止され、火災時上記熱可溶部材の溶融により火災位置に移動する可動部材と、
   移動される上記可動部材により振動が励振される上記振動部材と、
   を有していることを特徴とする請求項１に記載する電池レス配線レス火災検出器。
5. 上記発電手段は、上記振動部材に固着され、上記振動部材の振動に伴う伸縮により電荷を発電する圧電素子または磁歪素子であることを特徴とする請求項１に記載する電池レス配線レス火災検出器。
6. 上記発電手段は、上記振動部材に固着され、上記振動部材の振動に伴って移動する圧電素子と、上記圧電素子と相対的に変位して衝突することにより上記圧電素子に電荷を発生する衝突部材と、を有することを特徴とする請求項１に記載する電池レス配線レス火災検出器。
7. 上記振動部材に音響的に結合した共鳴箱を有することを特徴とする請求項１に記載する電池レス配線レス火災検出器。
8. 火災に伴う熱エネルギーが加わると振動部材が励振される励振手段と、上記振動部材に音響的に結合した共鳴箱と、を有することを特徴とする電池レス配線レス火災検出器。

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